Устройство для вычисления среднеквадратического отклонения Советский патент 1976 года по МПК G06F17/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ОТКЛрНЕНИЯ соответствующим выходам регистра сдай-га, выходы второго и четвертого триггеров подключены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ, выход третьего триггера соединен с одним из входов второго элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу счетчикаделителя; управляющий вход которого соединен со входом элемента задержки. На чертеже показано предлагаемое устройство. Оно содержит сдвигающий регистр 1; комбинационный сумматор 2, счетчик-делитель 3, счетчик Bbi6opKii 4, элементы И 5, 6, 7, элементы ИЛИ 8, 9, 10, триггеры 11, 12, 13, используемые в качестве регистров, генератор 14 тактовых импульсов,, триггер 15, (-правляемый) генератор импульсов 16 (управлоние разрешает или срывает генерацию), элемент задержки 17, Счетчик-делитель 3 и счётчик выбо1 кн 4 могут изменять коэффициент пер&счета на равный величине требуемой выборки, Кроме того, счетчик-делитель 3 уменьшает коэффициент пересчета на еди ницу при выдаче импульса переполнения счетчиком 4, Сумматор 2 является комбинационным с несколькими входами: основным, сложения и вычитания. Такой Сумматор может быть сиктезирован по таблице истинности или же собран из двух одноразрядных сумматоров на три входа, во втором случае сумматор проще. Сдвигающий, регистр 1 может выполняться в виде регистра на МОП-транзисторах, или в вида ультразвуковой линии задержки. Под циклом сдвига будем понимать полный однократный сдвиг числа, записанного в регистре, т.е. число пробегает все ячейки регистра и принимает исходное состояние. Под тактом сдвига будем понимать сдвиг числа на один раз ряд. Следует -отметить, что сдвиг числа происходит младшими разрядами вперед v(Ha чертеже слева направо) непрерывно 4t через сумматор и элемент И 5. При этом если на входы сложения и вычитания сумматора не подаются сигналы, то число в регистре сдвига сохраняется. При подаче сигнала только в самый млад ший разряд производится действие в младшем разряде, а в более старшие раз ряды перенос :заДерживается элементом задержки внутри сумматора. При подаче на основной вход и выходы сложения И (ИЛИ) вычитания чисел, синхроНизироваршых с основным, производится суммирование И (ИЛИ) вычитание во всех разрядах, перенос образует- ся и запом1шается сумматором. Сдвиги 7 происходят от генератора, синхронизиро- ванного с работой генератора тактовых импульсов 14 (цепи сдвига не показаны), а последний синхронизирован с регистром сдвига, Регистр сдвига 1 условно разделен на три части и имеет промежуточные выводы. Генератор 14 вырабатывает импульсы в начале и конце каждой части Н и К соответственно V и на протяжении тактов сдшга каждой части (римские цифры 1 , И , Ш на чертеже в поле генератора 14)Гв-н нератор тактовых импульсов 14 управля ется генератором 16 {или извне). Устройство работает следующим обра- аом, В начале преобразования все элементы схемы устанавливаются в ноль, кроме счетчика-делителя 3, который устанавливается в единичное состояние. При приходе серии импульсов измерения одновременно приходит импульс Измерение от датчика. Частота следования импульсов меньше частоты тактов сдвига в к раз, (к -. число ячеек регистра сдвига),т,е, импульсы счета проходят через цикл сдвига, или другими словами импульсы jt, синхронизированы с работой схемы. Генератор тактовых импульсов на схеме показан разделенным на две части уо- ловно, для пояснения работы схемы, Уст ройство имеет два режима работы: набора данных и вычисления, В режиме набора данных работает часть А генератора 14, При приходе каждого импульса X происходит следующее, При нахождении начала I части регистра сдвига на основном входе сумматоре подается импульс (выход 1 -14) через элемент ИЛИ 11 на вход сложения сум- матора при нахождении начала II части регистра сдвига на основном входе сумматора подается импульс ( HH ) через элемент ИЛИ 9 на счетчик-делитель 3, первый импульс переполнит счетчики и каждый п - импульс также будет переполнять счетчик, при этом через элемент ИЛИ 8 им11ульс подается на вход сложения сумматора 2, После прохождения п серий импульсов X во второй части регистра сдвига запишется, накапливаясь, число: (1Л,,%, равное среднему арифметическому, где Е (Н) целая часть Числа 2 в скобках В моменты времени, когда нет импульрса измерения, на вход элемента И 5 генератор 14 во время I части подаст запирающий импульс и Г часть каждый раз стирается. Во время действия импульса

Измерение в I части записывается, накапливаясь за X | шослов сдвига, «шсло X j ,

При нахождении начала Ш части ре гистра сдвига на еюновном входе сумма тора 2 импульс с выходом Ш подается на триггеры 12 и 13, подготавливая их к приему импульсов, кроме того, в нача ле Ш части подаются импульсы (выход Шц ) на входы сложения и вы ггания через соответствующие элементы ИЛИ,

Сдвигающий регистр 1 имеет промежуточные выходы через КП, КП+ К1 разрядов от начала регистра сдвига (сле ва на чертеже), где KI и КЦ-числа разрядов Г и Я частей, триггеры 12 и 13 задерживают импульс с промежуточных выходов на один такт сдвига. Таким образом, на сумматор проследуют задержанные на один такт числа с I и П частей сумматора через триггер 13, элемент ИЛИ 8 и триггер 12, элемент ИЛИ 10 соответственно.

При записи первой серии X через сумматор в П часть запшиется:

(2Xi-b1)xfx,2

через 13 и 8: )

Г2Е(-)

, -ггЬД Л 1 12 и 10 где 2 получено за счет сдвига в сторону старшего разряда на единицу, так как такой сдвиг равносилен умножению на два + I в скобках получается за счет вышеуказан ного действия генератора 14 {выход /Я W )

Умножение п на выражение в квадратных скобках получается за счет тэго, что содержимое второй части регистра сдвига вычитается с третьей части tt раз, пока со счетчика-делителя 3 импуль не изменит содержание части ff , т.е. сначала П раз вычитается I , затем П раз - 3, затем П раз - 5 и т.д.

При приходе второй серии импульсов проследует +Х - через триггер 13 и целитель 3,

Е()

-У 2(-) fx . n / через элемен 12 и 10,

Таким образом, после П серий импульсов в III части регистра сдвига Запишется:

|xf-nf bEC hihlxf-n

I.f-n

2 и(гг-1),

где D ТГТ CIXj -ПХ)

дисперсия.

После прохождения П. серий импуль;сов счетчик выборки 4 переполнится и (включит генератор 16 и часть Б генера- тора тактовых импульсов 3 4, включив

5 часть А, переключит счетчик-делитель, уменьщив коэффициент тресчета его на .единицу, и через элемент задержки 17 установит счетчик 3 в единичное состояние, ; Элемент И 7 открыт нулевым выходом

IQ триггера 15, Импульсы с генератора 16, синхронизированные с работой схемы, так что его частота равна частоте цикла сдвига, управляет работой рхек.ы. Импульс в начале I части регистра 1 через элемент ИЛИ 9 поступит на вход счетчика-делите16ля 3, nepenojffiHT его, и импульс с последнего запишется в I часть регистра сдвиги, число во 11 части сдвига сохраняется.

2{ В начале третьей части ( Hf ц ) выч- тется шлпуаьс, Одноразр$здный 11 задерживает на одш такт число, записанное в Г части. Аналогично описанному ранее из третьей части вычитается tt - 1

И раз сдвинутое на разряд число первой части, а в первой части запишется, накг.пливаясь, число S , а из трэтьей части вычтется число:

.-(n-l)Z: 2S-f-1 (г7-ОЗ

90

Процесс закончится, когда в конце Ш части на выходе сумматора 2 выработается единица (регистр сдвига должен быть рассчитан так, чтобы нормально в последнем разряде Ш части был ноль), которая вырабатывается при заеме, т.е. число в 111 части на цикл раньше было равно нулю, импульс в конце П1 части (IU j ) опрашивает элемент И 6, опрок1шет триггер 15, который закроет элемент И 7. В I части будет записано число S , которое можно определить из равенства:

(п-Ч)5 D (п-1) ,

т.е. S Щ - равное среднему 45квадратйческому

несмещенному отклонению.

Для нормальной работы число разрядов в Ш части Kill должно быгь больше 80 К J или К и , так как в процессе накопления в ней занисывается Б начале набора величина xf, гораздо большая,

чем П С) п,

Такое устройство практически можРТ

55работать с нескольки и десятичными раз- рядами; без существенного у лоядаения схемы при увеличении, числа разрядов, .Упрошение достигается тем, что применяется сдвиговый регистр, кото1)ый мовОжет выполняться в виде одной и.1(тег(аль7

ной схемы, комб1шаяиода1ый сумматор, что позволит совместно отказаться от громоздких параллельньис сумматоров или реверсивных счетчиков, как в известных устройствах. Счетчик-делитель 3 несет двойную нагрузку: делит число импульсов при вычислении среднего арифметического, при его помощи умножается на п ква-j драт среднего арифметического в режиме накопления и на и - 1 среднее квадрати- ческое в режиме вычисления,

Такое устройство занимет объем в несколько раз меньший, чем существую- щие, и работает при любой наперед заданной выборке. Генератор тактовых, шлпульсов условно показан на чертеже разделе1-шым на две части, В действительно сти он один, только на вьшодах в aanucvfмости от вида работ вырабатываются раз личные серии импульсов. Такой генератор мижет выполняться /шoгими методами, в частности, на базе счетчиков с дв- шифратором или многофазного элемента задержки.

Формула изобретения

Устройство для вычисления среднеква™ дратического отклонэния, содержащее счетчик выборки, подключенный входом к управляющему входу устройства, а выходом к управляющему входу генератора импульсов, регистр сдвига, комбипашюн- ный сумматор, элементы ИЛИ, элементы И, элемент задержки, подкпючегшый ходом ко входу установки в единицу счет

8;

чика-делителя, управляющий вход которого соединен с выходом счетчика выбор ки, четыре триггера, генератор тактовых импульсов,- отличающееся

тем, что, с целью упрощения устройства, в нем выход первого элемента И подключен ко входу регистра сдвига, выход которого соединен с первым входом комби- национного сумматора, подключенного, выходом к первым входам первого и второ-го элеме ятов И, выход второго элемен- . та И соединен со входом первого тригг .ра, подключенного к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй и третий входы комбинационного сумматора подключены соответственно к выходам первого и второго элементов ИЛИ, выход третьего элемента И соединен со входом генератора тактовых им-

пульсов, выходы которого подключены соответственно ко второму входу первого элемента И, ко входам второго элемента ИЛИ, ко входам третьего элемента ИЛИ, к установочным входам второго, третьего и четвертого триггеров и ко второму входу второго элемента И, вторые установочные входы второго, третьего и четвертого триггеров подключены к соответствующим выходам регистра сдвига; выходы второго

и четвертогО триггеров подключены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ; выход третьего триггера соединен с одним лз входов второго элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу счетчика- делителя, управляющий вход которого соед1Шен с входом элемед1та за- держхи.